Janusz UKLEJA Dobór optymalnych metod przebudowy

ROCZNIKI INŻYNIERII BUDOWLANEJ – ZESZYT 6/2006
Komisja Inżynierii Budowlanej Oddział Polskiej Akademii Nauk w Katowicach
DOBÓR OPTYMALNYCH METOD PRZEBUDOWY
ZABYTKOWYCH OBIEKTÓW INŻYNIERSKICH NA
PRZYKŁADZIE REMONTU MOSTÓW MŁYŃSKICH WE
WROCŁAWIU
Janusz UKLEJA
Politechnika Opolska, Opole
1. Wstęp
Mosty Młyńskie we Wrocławiu zostały wykonane w połowie XIX wieku, jako
konstrukcja nitowana, ze „staliwa” charakteryzującego się dużą zawartością węgla.
Tworzywo takie wykazuje niejednorodność tekstualną oraz cechy kruchości i
niespawalności. Wieloletnia eksploatacja, ponad 150 lat, spowodowała zmęczenie
elementów konstrukcji, widoczne i ukryte zarysowania, zaawansowane procesy korozyjne
węzłów oraz niemożliwość spawania, eliminują istniejącą konstrukcję mostów z możliwości
jej rekonstrukcji w stopniu zapewniającym jej dalszą, wieloletnią pracę (przynajmniej
100lat) na aktualnie wymagane obciążenia drogowe i tramwajowe określone w [1]. Chcąc
zachować wymogi ruchowe konieczne stało się opracowanie sposobu wzmocnienia
istniejącej bądź budowy nowej konstrukcji, spełniającej aktualne wymogi techniczno –
użytkowe oraz warunki stawiane przez Konserwatora Zabytków we Wrocławiu.
2.
Warunki wyjściowe projektu prac remontowych
W pierwotnym założeniu, zgodnie z wcześniejszymi ekspertyzami [2] i [3] , projekt
związany z Mostami Młyńskimi miał swym zakresem obejmować remont istniejącej
konstrukcji polegający głównie na:
• zabezpieczeniu antykorozyjnym,
• uzupełnieniu ubytków spowodowanych użytkowaniem i uszkodzeniami wojennymi
• sprawdzeniu nośności mostu dla warunków określonych w miejscowym planie
zagospodarowania przestrzennego, który przewidywał ograniczenia w ruchu
polegające na wyłączeniu ruchu pojazdów kołowych na mostach z wyjątkiem tych,
które pozwolą na obsługę mieszkańców wyspy.
Po rozpoczęciu prac projektowych okazało się, że dla zachowania warunków przyjętych
w założeniach projektu remontu Mostów Młyńskich należało rozstrzygnąć wątpliwości
związane z wcześniejszymi ocenami nośności i stanu degradacji mostów takie jak np.:
•
Sprawdzenie nośności obiektu w oparciu o rzetelną analizę statycznowytrzymałościową, a nie opieranie się na szacunkowych danych często
przyjmowanych przez analogię.
• Określenie wytrzymałości obliczeniowej materiałów konstrukcyjnych, na postawie
badań laboratoryjnych stali oraz wytrzymałości betonu płyty pomostowej.
W związku z powyższym przeprowadzono niezbędne badania materiału konstrukcji
nośnej, których wyniki nasuwają następujące spostrzeżenia:
• Materiał konstrukcyjny elementów głównych kratownic stanowi stal
wysokowęglowa o dużej odporności na korozję, ale też dużej niejednorodności
materiału i niskiej wytrzymałości na rozciąganie (obliczeniowa wartość naprężenia
dopuszczalnego na rozciąganie wynosi R=130 MPa),
• Stal wykazuje ponadto duży stopień degradacji, który jest wynikiem wieloletnich,
powtarzających się wielokrotnie obciążeń i jest to proces nieodwracalny, nie do
naprawienia,
• Stal wykazuje niską plastyczność, na co wskazują przeprowadzone badania na
udarność. Brak odporności stali zgrzewnej na kruche pękanie w niskich
temperaturach stanowi szczególne niebezpieczeństwo powstania awarii przęsła,
• Naprawa konstrukcji może być wykonana jedynie przy zastosowaniu:
1) Nitowania,
2) Połączeń śrubowych,
3) Sprężania zewnętrznego
4) Przyklejania mat i włókien węglowych
5) Spawania, które można stosować w ograniczonym zakresie np. do
uzupełnienia ubytków itp.
Most obecnie nie spełnia żadnych wymogów normy [1]. – Konieczna jest zatem
przebudowa, a nie remont.
3. Opis rozważanych rozwiązań w formie wariantowej
Przeprowadzone badania wytrzymałościowe, wywołane wcześniejszymi wątpliwości
potwierdziły obawy dotyczące niskich wartości parametrów wytrzymałościowych stali, z
jakiej zbudowana jest konstrukcja nośna obu Mostów Młyńskich. Otrzymane z badań
wartości wytrzymałości obliczeniowej (R=130 MPa) są około dwukrotnie mniejsze od stali
aktualnie stosowanej (R=190-290 MPa). Ponadto duża zawartość węgla w stali tworzącej
istniejące przęsła eliminuje myśliwości jej stosowania, koniecznego w przypadku
wzmocnień przęseł.
Biorąc powyższe pod uwagę konieczne byłoby:
1) Całkowite usunięcie istniejącej płyty pomostowej i zastąpienie jej nową zespoloną
z poprzecznicami konstrukcji,
2) Wykonanie wzmocnienia większości elementów kratownic, ponieważ stwierdzono
przekroczenia naprężeń w prawie wszystkich grupach elementów kratowych.
3) Wzmocnienie poprzecznic poprzez doklejenie kompozytów z włókien węglowych
oraz zespolenie z nowo wykonaną płytą pomostowa.
Ostateczny, wymagany zakres prac projektowych skłoniał do rozważenia możliwości
zastosowania mniej skomplikowanych rozwiązań niż remont i wzmacnianie mostu, w celu
osiągnięcia zgodności z miejscowym planem zagospodarowania przestrzennego oraz
wymogami użytkowymi Inwestora, dający równocześnie gwarancje długiej trwałości
projektowanego obiektu. W związku z tym opracowano trzy warianty rozwiązań
obejmujące: remont ze wzmocnieniem oraz dwa warianty budowy nowego mostu
Wariant I – Remont i wzmocnienie istniejących mostów [4]
Wariant ten przewidywał zachowanie starej zabytkowej konstrukcji. Jednak w celu
zachowania jej walorów użytkowych należało wzmocnić pasy górne, dolne, krzyżulce i
poprzecznice z wykorzystaniem kształtowników stalowych, naklejanych kompozytów
węglowych i poprzez wymianę płyty pomostowej oraz jej zespolenie z konstrukcją stalową
poprzecznic. (patrz rys.1 i rys.2)
Rys. 1 Most Północny przed i po wzmocnieniu (wariant I)
Fig. 1 Nord Bridge before and after reinforcement (variant I)
Wariant II – Budowa nowych przęseł w postaci kratownic o zbliżonym kształcie lecz wg
nowoczesnych technologii i materiałów [4]
W wariancie tym przewidziano wykonanie kratownicy z „jadą dołem” o pasie górnym w
kształcie łuku, z zespolona płyta pomostową wykonaną z nowych materiałów i wg
obowiązujących aktualnie norm.
Wariant III – Budowa mostu betonowego w nowoczesnej technologii z zachowaniem
dotychczasowego wyglądu i niektórych charakterystycznych fragmentów elementów
głównych kratownic starej konstrukcji [5] rys.2.
Zachowane zostają zabytkowe konstrukcje obu mostów obejmujące części znajdujące się
nad jezdnią. Zachowane również zostaną w niezmienionej, dotychczasowej formie: bariery
na mostach, balustrady na przyczółkach i na połowie między mostami oraz wszystkie cztery
przyczółki. Wyburzone zostaną natychmiast konstrukcje pomostów obu mostów wraz z
jezdniami i chodnikami, a na ich miejsce zaprojektowane nowe konstrukcje pomostów w
dotychczas istniejących gabarytach, które stanowić będą równocześnie konstrukcje nośne
przęseł. W rezultacie projektowane mosty zachowają dotychczasową formę
architektoniczno - wizualną oraz istotną substancję zabytkową obu obiektów.
Po przeanalizowaniu wszelkich aspektów związanych z przebudową i remontem
Mostów Młyńskich ostatecznie wybrany został Wariant III jako najlepsze połączenie
nowoczesnych, nowatorskich rozwiązań z istniejąca substancja zabytkową, zachowując
dodatkowo jej walory estetyczne i krajobrazowe.
Rys. 2 Budowa nowego mostu - Most Południowy (Wariant III)
Fig. 2 New bridge construction - South Bridge (Variant III)
Literatura
[1] PN-86/S-10030 Obiekty mostowe. Obliczenia
[2] Ekspertyza Mostu Młyńskiego Południowego na Rzece Odrze we Wrocławiu,
Tarnopol sp. z o.o. w Starachowicach, nr arch. TPM-110/TP-78/2007/e12,
Wrocław, wrzesień 2007r,
[3] Ekspertyza Mostu Młyńskiego Północnego na Rzece Odrze we Wrocławiu,
Tarnopol sp. z o.o. w Starachowicach, nr arch. TPM-110/TP-78/2007/e13,
Wrocław, wrzesień 2007r,
[4] J. Ukleja, Określenie zakresu robót i wykonanie analizy kosztowej przebudowy
mostów Młyńskich we Wrocławiu, BSI Polska Sp. z o.o. Nr arch. P0602MM/K,
Wrocław, styczeń 2008r
[5] J. Ukleja, Koncepcja nr III przebudowy Mostów Młyńskich we Wrocławiu, BSI
Polska Sp. z o.o. Nr arch. P0602MM/K-III, Wrocław, czerwiec 2008r
OPTIMAL METHOD SELECTION IN RECONSTRUCTION OF
ANCIENT ENGINEERING OBJECTS ON EXAMPLE OF
„MOSTY MLYNSKIE” BRIDGE IN WROCLAW
RECONSTRUCTION
Summary
Elaborated bridge was build in the Middle of XIX century as iron
construction connected by chinches. Material of frameworks has large quantity of
coal so it is very non-homogenous, powdery and not welddly. During 150 years of
using in this bridge took place a metal fatigue of elements and its corrosion and
splits. So it was made three kinds of revitalization of this ancient monument.
Variant I – Renovation and reinforcement of existing bridge using steel and coal
composites. Variant II – Construction of new framework bridge with similar form
but from new materials and technology. Variant III – New concrete bridge in
modern technology using the parts of old framework elements as the decoration.
In this way it was possible to reach the ancient frame on the modern construction.